أغشية رقيقة من بلورات الكبريتيد: تم الحصول على مواد واعدة جديدة للإلكترونيات الضوئية في روسيا

تُستخدم البلورات النانوية الكبريتيدية بنشاط في البطاريات الكهروكيميائية، والحوسبة الكمومية، والضوئيات، والإلكترونيات الضوئية، والطاقة الكهروضوئية، والبصريات غير الخطية. تتمتع الأغشية الرقيقة المعتمدة على البلورات النانوية لأشباه الموصلات واسعة الفجوة Ag₉GaS₆ وAgInS₂ وCuGaS₂ بخصائص بصرية مثيرة للاهتمام، مثل الانكسار الثنائي والامتصاص البصري غير الخطي (عندما تعتمد عملية امتصاص الضوء للمواد على شدة الإشعاع). يعد الحصول على أغشية رقيقة متجانسة تعتمد على البلورات النانوية الغروية (30-80 نانومتر) مهمة صعبة من الناحية الفنية. في هذه العملية، من الضروري مراعاة التوزيع الموحد للجسيمات النانوية على المنطقة، ومنع التصاق الجزيئات الموجودة على سطح البلورات النانوية والحصول على سمك موحد. حتى الآن، لم تتم دراسة خصائصها البصرية غير الخطية عمليا. هذه هي الدراسة الأولى للخصائص البصرية غير الخطية لأفلام البلورات النانوية الكبريتيدية. قام باحثون من MIPT بتوليف البلورات النانوية في المحاليل الغروية، تليها ترسيب طبقة تلو الأخرى على الزجاج لتشكيل الأفلام. استخدموا كاشفًا جديدًا، وهو محلول الكبريت في الديسين-1، لتحضير البلورات النانوية الغروية. وبعد التوليف، قام زملاؤهم من جامعة أوزبكستان بتوصيف المواد الناتجة باستخدام الطرق الطيفية. تم نشر المقال في مجلة Physica Scripta. “للحصول على بلورات نانوية، قمنا بتطوير مادة كبريتية، تتكون من منتجات متاحة من الصناعة الكيميائية المحلية وكاشف رئيسي في عملية التصنيع. وقد أتاح استخدام هذه المادة الأولية تبسيط عملية تصنيع البلورات النانوية الغروية بشكل كبير، لأنها مقاومة للأكسدة في الهواء ويمكن تخزينها لفترة طويلة دون فقدان التفاعلية،” كما قال فلاديمير ليم، موظف في مركز اختبار المواد الوظيفية في جامعة كاليفورنيا. معهد MIPT لتقنيات الكم. ونتيجة لذلك، تم الحصول على بلورات نانوية من الكبريتيد بأحجام 9 نانومتر (Ag₉GaS₆) و17 × 8.3 نانومتر (AgInS₂) و14.5 نانومتر (CuGaS₂) ومع وجود فجوات في النطاق تبلغ 2.49 فولت و1.66 فولت و2.56 فولت على التوالي. تعتبر هذه الأحجام وفجوات النطاق مثالية للتحكم الفعال في الخصائص غير الخطية للمواد. أظهرت التجربة أن الأفلام قد عززت الخصائص البصرية غير الخطية بسبب المجال المحلي (زيادة المجال الكهرومغناطيسي داخل الفيلم بسبب قرب البلورات النانوية) والحبس الكمي (زيادة فجوة النطاق في الجزيئات الصغيرة). اكتشف العلماء أنه عندما يتم تشعيع أفلام Ag₉GaS₆ وCuGaS₂ بليزر الفيمتو ثانية بكثافة منخفضة، يهيمن امتصاص ثلاثي الفوتون (امتصاص ثلاثة فوتونات في وقت واحد)، والذي يتحول مع زيادة الكثافة إلى امتصاص قابل للتشبع (انخفاض الامتصاص بسبب تشبع مستويات الطاقة). في حالة AgInS₂، لوحظ امتصاص قابل للتشبع عند 515 نانومتر، لكن امتصاص ثلاثة فوتون كان غائبًا عند 1030 نانومتر. بالنسبة لنبضات 515 نانومتر في Ag₉GaS₆، تم تسجيل امتصاص ثنائي الفوتون (امتصاص فوتونين في وقت واحد)، يليه الانتقال إلى الامتصاص القابل للتشبع. تشير هذه القيم إلى إمكانية إنشاء أجهزة تعتمد على هذه الأفلام مع استجابة محكومة لشدة الضوء، وهي أكثر فعالية بمقدار 2-10 مرات من نظائرها في الغرويات لأجهزة الليزر. “تشمل النتائج الرئيسية لبحثنا الإنشاء الناجح لأغشية رقيقة ذات سماكة قابلة للتعديل بناءً على المواد التي حصلنا عليها، بالإضافة إلى تحديد خصائصها البصرية غير الخطية باستخدام طريقة Z-scan، مثل معاملات امتصاص فوتونين وثلاثة فوتونات وكثافة التشبع. وقال إيفان شوكلوف، كبير الباحثين في مركز اختبار المواد الوظيفية في MIPT: “ستسمح لنا الخصائص التي حصلنا عليها بتقييم التطبيقات المحتملة لهذه البلورات النانوية الغروية في البصريات غير الخطية بشكل أفضل”. معهد تقنيات الكم. إن التأثير المعزز للامتصاص القابل للتشبع في الأغشية الرقيقة المعتمدة على البلورات النانوية يجعل من الممكن استخدامها كمفاتيح Q سلبية لإنشاء أشعة ليزر نابضة. وهذا التأثير يجعلها واعدة كخزائن للوضع لتوليد أشعة ليزر فائقة القصر. من خلال تغيير حجم وشكل البلورات النانوية، من الممكن تغيير النطاق الطيفي المسموح به الذي يمر فيه الضوء بسهولة عبر الفيلم، وعلى العكس من ذلك، قطع الأطوال الموجية التي يحتمل أن تكون خطرة عند الشدة العالية. وهذا سيجعل من الممكن استخدام الأفلام المركبة في المحددات لحماية العيون والأجهزة الحساسة من الإشعاع القوي. تعد الأغشية الرقيقة من البلورات النانوية Ag₉GaS₆ وAgInS₂ وCuGaS₂ مواد واعدة لمفاتيح Q وخزائن الوضع والمولدات عالية التوافقية. وهذه هي الدراسة الأولى لمثل هذه الخصائص في الأفلام، مما يفتح الطريق لتطبيقها العملي في نطاق الأشعة تحت الحمراء.